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Bipolarer elektronischer Schalter In der elektronischen Technik werden
für viele Zwecke Schalter benötigt, die sich in bezug auf ihre Leitfähigkeit möglichst
wie ein metallischer Schalter verhalten sollen, d. h., daß sie im geschlossenen
Zustand Strom in beiden Richtungen mit möglichst geringem Innenwiderstand leiten
sollen, während sie in geöffnetem Zustand einen möglichst großen Sperrwiderstand
aufweisen. Gleichzeitig ist es erwünscht, daß ein solcher Schalter eine geringe
Steuerleistung zum Ändern seines Zustandes fordert und daß er ohne große Energiezufuhr
in seiner jeweiligen Stellung gehalten wird. Weiterhin soll die Zeit, die ein solcher
Schalter zum Übergang vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und umgekehrt
benötigt, möglichst kurz sein, so daß Schaltfrequenzen bis zu z. B. 10 MI-lz
erreicht werden können.
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Diese Forderungen werden von bekannten, einzelnen Schaltelementen,
wie Röhren, Thyratronen, Transistoren usw., jeweils nur zum Teil erfüllt. Elektronenröhren
erlauben z. B. ein sehr schnelles und häufiges Schalten bei großen Schaltspannungen,
jedoch leiten sie nur in einer Richtung und besitzen auch im leitenden Zustand einen
verhältnismäßig hohen Durchgangswiderstand, wodurch sie für viele Zwecke ungeeignet
sind. Dagegen besitzen Thyratrone zwar einen niedrigen Durchgangswiderstand, sind
aber verhältnismäßig träge, so daß sie, abgesehen von ihrer unipolaren Leitfähigkeit,
für schnelle Schaltvorgänge und hohe Frequenzen ungeeignet sind. Es sind auch schon
verschiedene elektronische Schalter mit Transistoren bekanntgeworden, die eine ganze
Reihe der oben gekennzeichneten, erwünschten Eigenschaften besitzen. Es sind insbesondere
elektronische Schalter bekannt, bei denen in Reihe mit einem Transistor eine Diode
geschaltet ist, und zwar zu dem Zweck, die Strecke für beide Stromrichtungen sicher
zu sperren, da bekanntlich ein Transistor unabhängig von dem angelegten Steuerpotential
in beiden Richtungen durchlässig sein kann. Schaltet man zwei derartige Reihenschaltungen
mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel, um einen bipolaren Schalter zu
erhalten, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist (Hollmann: Electronie Industries
and Tele-Tech, April 1957, S. 71 und 162), treten unter Umständen
gewisse Schwierigkeiten auf, die damit zusammenhängen, daß beim Übergang vom leitenden
in den gesperrten Zustand beim Transistor ebenso wie bei einer Diode eine gewisse
Ladung abgeleitet werden muß, bevor der Sperrzustand wirklich eintritt. Dadurch
wird die Schnelligkeit des Schalters wesentlich beeinträchtigt.
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Um die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, ist gemäß der Erfindung ein
bipolarer elektronischer Schalter, bei dem für beide Stromrichtungen mindestens
je
eine Diode in Reihe, mit einem gegebenenfalls für beide Stromrichtungen
gemeinsamen Transistor ge schaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte
der Dioden mit dem bzw. den Transistoren je über einen im gesperrten Zustand
stromlosen Ableitwiderstand mit Punkten geeigneten Potentials verbunden sind, um
beim öffnen des Schalters eine schnelle Sperrung des betreffenden Transistors bzw.
der betreffenden Diode zu erreichen.
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Die Erfindung soll an Hand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt
werden.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Reihenschaltungen
von Diode und Transistor, die gegensinnig parallel geschaltet sind; Fig. 2 zeigt
einen Spannungsverlauf zur Erläuterung der Wirkungsweise des Schalters gemäß Fig.
1,
und Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit nur einem Transistor, der in der einen Diagonale einer Diodenbrücke angeordnet
ist, in deren anderer Diagonale der zu schaltende Stromkreis liegt.
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In Fig. 1 ist mit 1 die Zuführungsklernme für die einem
Lastwiderstand 2 zuzuführende Wechselspannung mit u(t) bezeichnet. Die andere Seite
des Lastwiderstandes 2 soll durch den elektronischen Schalter niederohmig mit Erde
(Null) verbunden oder hochohmig gegen Erde gesperrt werden. Für die beiden Stromrichtungen
sind zwei Zweige vorgesehen, deren einer aus der Reihenschaltung eines Transistors
3 und einer Diode 4 und deren anderer aus der Reihenschaltung eines Transistors
5 und einer Diode 6 besteht. Dabei ist der Emitter des Transistors
3 mit dem Kollektor des Transistors 5 gemeinsam mit Erde verbunden.
Der Kollektor des Transistors 3 ist über die Diode 4 und der Emitter des
Transistors 5 über die
Diode 6 mit dem Lastwiderstand
2 verbunden. Der Basis des Transistors 3 wird über eine RC-Kombination
7 die Steuerspannung zur öffnung bzw. Sperrung des Transistors zugeführt.
Dies ist symbolisch durch einen Schalter 8 dargestellt, welcher die Basis
entweder an Erde bzw. eine positive Spannung + U, oder an eine negative Spannung
- U2 legt. Ebenso wird die Basis des Transistors 5 über eine RC-Kombination
9 gesteuert, wie symbolisch durch den Schalter 10 dargestellt ist,
der die Basis entweder an eine Spannung + U, oder an eine Spannung
- U4 legen kann.
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In Anwendung der Erfindung sind die Verbindungspunkte der Transistoren
3 bzw. 5 mit den Dioden 4 bzw. 6 über Widerstände
11 bzw. 12 an geeignete Potentiale - U" bzw. + U,; gelegt und
sorgen damit dafür, daß bei Umsteuerung des Schalters aus dem leitenden in den nichtleitenden
Zustand die Umladung der Transistoren bzw. Dioden beschleunigt vor sich gehen kann,
so daß der Sperrzustand schneller erreicht wird als bei bekannten Schaltungen.
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Bei einem Aufbau mit zwei Transistoren OC 615
als Transistoren
3 und 5 hatten die Widerstände 11
und 12 je einen Wert
von 3 k.Q. Als Dioden 4 und 6
wurde die Type OA 180 verwendet.
Die Spannungen - U.', - U4 und - U, betrugen
- 11 V, die Spannungen + U3 und + U, betrugen + 11 V,
und U, war gleich Null (Erde). Die Schaltung wurde dazu verwendet, Auswalüströme
in den Zeilen bzw. Spaltendrähten von Ferritkernspeichermatrizes zu schalten. Dabei
bildete ein Zeilen- bzw. ein Spaltendraht den Lastwiderstand 2, in welchem durch
Schreibimpulse von + 10 V und Leseimpulse von - 10 V Ströme von
250 mA geschaltet wurden.
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Die Wirkungsweise der an Hand der Fig. 1 beschriebenen Schaltung
soll an Hand der Fig. 2 noch näher erläutert werden. Hier ist ein willkürlicher
Verlauf der zu schaltenden Spannung U(t) als Wechselspannung aufgezeichnet, in dem
Zeitintervall t. bis t, sei der Schalter geschlossen, also leitend, und werde im
Zeitpunkt tj, in dem die zu schaltende Spannung ii (t) positiv ist, durch
Umlegen der Schalter 8 und 10
geöffnet. Der Strom fließt in diesem
Moment von der Klemme 1 über den Lastwiderstand 2 durch die Diode
6 in den Transistor 5 zur Erde. Das Vorhandensein des Widerstandes
12 bewirkt eine schnelle Entladung des Transistors 5, so daß der Umschaltvorgang
beschleunigt wird. Außerdem bewirkt er eine sichere Sperrung der Diode
6 in dem Augenblick, in dem die Spannung u (t) ins Negative geht.
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Entsprechenderweise bewirkt der Widerstand 11
die Entladung
der Diode 4, wenn z. B. zum Zeitpunkt t. der Schalter in einem Augenblick geöffnet
wird, in dem die Wechselspannung u (t) negativ ist.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit einem einzigen Transistor für beide Stromrichtungen, bei dem dieser Transistor
in an sich bekannter Weise in der einen Diagonale einer Diodenbrücke vorgesehen
ist, in deren anderer Diagonale der zu schaltende Stromkreis liegt. Gleichartige
Teile sind in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig.
1. Die Diodenbrücke wird aus den Dioden 4, 6, 14 und 16 gebildet,
der Verbindungspunkt der Dioden 14 und 16 liegt an Erde und der Verbindungspunkt
der Dioden 4 und 6 am Lastwiderstand 2. Zwischen den Verbindungspunkten der
Dioden 44 und 14 einerseits und den Dioden 6 und 16 andererseits liegt
die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 15, dessen Basis über die RC-Kombination
17 von dem symbolisch dargestellten Schalter 18 gesteuert wird. Zur
Beschleunigung der Umladung bei übergang des Schalters vom leitenden in den nichtleitenden
Zustand sind in gleicher Weise wie in Fig. 1 und mit der gleichen Wirkung
die Widerstände 11 und 12 am Kollektor bzw. Ernitter des Transistors
15 vorgesehen.
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Die beschriebenen Schalter eignen sich besonders zur Ansteuerung von
Schaltinatrizes und Matrixkernspeichern, d. h. von Vielfachschaltern bzw.
Speichern aus einer Vielzahl von in z. B. einer Ebene angeordneten magnetischen
Elementen mit rechteckiger Hysteresekurve, von denen jedes einzelne durch Stromkoinzidenz
in entsprechenden Zeilen- und Spaltendrähten ausgewählt und in seinem magnetischen
Zustand verändert werden kann. Hier ist es erwünscht, den gleichen Zeilen- bzw.
Spaltendraht sowohl für positive als auch für negative Stromimpulse zu verwenden,
um ein ausgewähltes Element von einem magnetischen Zustand in den anderen umzumagnetisieren
und danach wieder in den Ausgangszustand zurückzubringen. Bei der Anwendung der
Erfindung für solche Zwecke wird demgemäß der Lastwiderstand 2 der Ausführungsbeispiele
durch einen Zeilendraht oder einen Spaltendraht einer Kernspeichermatrix bzw. einer
Schaltmatrix gebildet.